پروتون، نوترون و الکترون در کدام بخش اتم قرار دارند؟
پروتون و نوترون در هسته اتم قرار دارند. پروتون بار مثبت دارد و نوترون بدون بار الکتریکی است. الکترون بار منفی دارد و در فضای پیرامون هسته توصیف می‌شود. در محاسبه‌های این درس، نوع بار و جای هر ذره کمک می‌کند رابطه‌ها را به جای حفظ‌کردن بی‌معنا، منطقی به یاد بیاوریم.
جرم پروتون و نوترون در مقایسه با الکترون بسیار بیشتر است؛ به همین دلیل در مدل ساده درسی، عدد جرمی را از مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌سازیم. الکترون در عدد جرمی شمرده نمی‌شود، اما تغییر تعداد آن می‌تواند اتم خنثی را به یون تبدیل کند.
عدد اتمی و عدد جرمی چه اطلاعاتی می‌دهند؟
عدد اتمی تعداد پروتون‌های هسته را نشان می‌دهد و هویت عنصر را مشخص می‌کند. اگر دو ذره تعداد پروتون متفاوت داشته باشند، متعلق به دو عنصر متفاوت‌اند. پس در هر نماد اتمی، نخست عدد اتمی را پیدا کنید و آن را مستقیماً به‌عنوان تعداد پروتون‌ها بنویسید.
عدد جرمی مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های یک اتم مشخص است. بنابراین عدد جرمی نمی‌تواند از عدد اتمی کوچک‌تر باشد. عدد جرمی را با جرم میانگین درج‌شده برای عنصرها در بعضی جدول‌ها یکی نگیرید؛ در مسئله‌های شمارش ذره، باید همان عدد جرمی صحیحی را که صورت مسئله یا نماد اتمی داده است به کار ببرید.
محاسبه تعداد پروتون، نوترون و الکترون در علوم هشتم در چهار گام
ابتدا داده‌های مسئله را بدون محاسبه در یک جدول کوچک ثبت کنید. سپس از عدد اتمی برای پروتون، از خنثی یا یونی بودن ذره برای الکترون و از تفاضل عدد جرمی و عدد اتمی برای نوترون استفاده کنید. جداکردن این سه تصمیم، احتمال جابه‌جایی عددها را کم می‌کند.
- عدد اتمی را پیدا کنید و بنویسید: تعداد پروتون = عدد اتمی.
- عدد جرمی را مشخص کنید و آن را با عدد اتمی اشتباه نگیرید.
- برای نوترون‌ها حساب کنید: عدد جرمی منهای عدد اتمی.
- خنثی یا یونی بودن ذره را بررسی کنید و سپس تعداد الکترون را تعیین کنید.
- در پایان، با جمع پروتون و نوترون دوباره به عدد جرمی برگردید.
مثال اجرایی: ذرات یک اتم را مرحله‌به‌مرحله پیدا کنیم
اتمی خنثی با عدد اتمی ۱۷ و عدد جرمی ۳۵ را در نظر بگیرید. عدد اتمی ۱۷ است، پس هسته ۱۷ پروتون دارد. چون ذره خنثی است، بارهای مثبت و منفی همدیگر را خنثی می‌کنند و تعداد الکترون‌ها نیز ۱۷ خواهد بود.
برای نوترون‌ها، عدد اتمی را از عدد جرمی کم می‌کنیم: ۳۵ − ۱۷ = ۱۸. پاسخ کامل شامل ۱۷ پروتون، ۱۸ نوترون و ۱۷ الکترون است. کنترل پایانی نیز درست است، چون ۱۷ + ۱۸ دوباره عدد جرمی ۳۵ را می‌سازد و برابری پروتون و الکترون با خنثی‌بودن اتم سازگار است.
در اتم خنثی تعداد الکترون را چگونه پیدا کنیم؟
اتم خنثی بار خالص ندارد. چون اندازه بار هر پروتون مثبت با اندازه بار هر الکترون منفی برابر است، برای خنثی‌شدن باید شمار این دو ذره یکسان باشد. بنابراین اگر عدد اتمی یک اتم خنثی ۸ باشد، آن اتم ۸ پروتون و ۸ الکترون دارد؛ عدد جرمی در این برابری نقشی ندارد.
واژه «خنثی» در صورت مسئله مهم است. اگر فقط نام عنصر و عدد اتمی داده شده و از اتم سخن گفته شود، معمولاً مدل اتم خنثی منظور است؛ اما اگر علامت بار کنار نماد باشد، دیگر نباید تعداد الکترون را خودکار برابر عدد اتمی بگیرید. علامت بار را پیش از نوشتن ستون الکترون بررسی کنید.
تعداد الکترون یون مثبت و منفی چگونه تغییر می‌کند؟
یون با گرفتن یا از دست‌دادن الکترون ساخته می‌شود و تعداد پروتون‌های هسته در این فرایند تغییر نمی‌کند. یون مثبت الکترون از دست داده است؛ پس تعداد الکترون‌هایش از تعداد پروتون‌ها کمتر است. برای نمونه، ذره‌ای با ۱۱ پروتون و بار ۱+، دارای ۱۰ الکترون است.
یون منفی الکترون گرفته است؛ پس تعداد الکترون‌هایش از تعداد پروتون‌ها بیشتر می‌شود. ذره‌ای با ۱۷ پروتون و بار ۱−، ۱۸ الکترون دارد. برای کنترل جهت تغییر، به یاد داشته باشید کم‌شدن بار منفی، ذره را مثبت و بیشترشدن بار منفی، ذره را منفی می‌کند. عدد نوترون با یون‌شدن تغییر نمی‌کند.
تعداد نوترون را از کدام تفاضل به دست آوریم؟
از رابطه «عدد جرمی = تعداد پروتون + تعداد نوترون» نتیجه می‌گیریم که تعداد نوترون برابر «عدد جرمی − تعداد پروتون» است. از آنجا که تعداد پروتون همان عدد اتمی است، می‌توان کوتاه نوشت: تعداد نوترون = عدد جرمی − عدد اتمی.
ترتیب تفریق اهمیت دارد. اگر عدد اتمی ۶ و عدد جرمی ۱۴ باشد، تعداد نوترون ۱۴ − ۶ = ۸ است. تفریق برعکس به عدد منفی می‌رسد و از نظر مدل ذره‌ای معنا ندارد. اگر پاسخ منفی شد، جای دو عدد را بررسی کنید یا ببینید داده‌ها را درست خوانده‌اید.
ایزوتوپ‌ها چه چیزی را در این محاسبه تغییر می‌دهند؟
ایزوتوپ‌های یک عنصر تعداد پروتون یکسان و تعداد نوترون متفاوت دارند. چون عدد اتمی آن‌ها برابر است، هویت عنصر ثابت می‌ماند؛ اما تفاوت نوترون‌ها باعث می‌شود عدد جرمی یکسان نباشد. پس برای دو ایزوتوپ، نباید فقط از نام عنصر تعداد نوترون را حدس زد و به عدد جرمی هرکدام نیاز داریم.
برای نمونه، دو اتم با عدد اتمی ۶ و عددهای جرمی ۱۲ و ۱۴، هر دو ۶ پروتون دارند. اتم نخست ۶ نوترون و اتم دوم ۸ نوترون دارد. اگر هر دو خنثی باشند، هرکدام ۶ الکترون خواهند داشت. این مقایسه نشان می‌دهد کدام عدد هویت عنصر و کدام عدد شمار ذرات هسته را کامل می‌کند.
جدول سه‌ستونی چگونه از اشتباه جلوگیری می‌کند؟
برای مسئله‌هایی که چند اتم یا یون دارند، سه ستون با عنوان پروتون، نوترون و الکترون بسازید. بالای جدول نیز عدد اتمی، عدد جرمی و بار هر ذره را ثبت کنید. ابتدا ستون پروتون را برای همه ردیف‌ها کامل کنید، سپس نوترون و در آخر الکترون را بنویسید. این ترتیب، داده مستقیم را از مقدار محاسبه‌شده جدا نگه می‌دارد.
پس از تکمیل هر ردیف دو کنترل انجام دهید: جمع پروتون و نوترون باید عدد جرمی را بسازد؛ اختلاف تعداد پروتون و الکترون نیز باید با علامت و اندازه بار یون سازگار باشد. این دو کنترل مستقل بیشتر خطاهای جمع، تفریق و خواندن علامت را آشکار می‌کنند.
خطاهای رایج در شمارش ذرات سازنده اتم
اگر پاسخ با عدد جرمی یا بار ذره سازگار نیست، این خطاها را بررسی کنید:
- عدد جرمی را به‌جای عدد اتمی، برابر تعداد پروتون گرفته‌ام.
- برای نوترون، عدد اتمی را از عدد جرمی کم نکرده‌ام یا ترتیب تفریق را برعکس نوشته‌ام.
- تعداد الکترون هر ذره را بدون بررسی خنثی یا یونی بودن، برابر پروتون گذاشته‌ام.
- در یون مثبت به‌جای کم‌کردن الکترون، به تعداد آن افزوده‌ام.
- تغییر تعداد الکترون را به اشتباه تغییر تعداد پروتون یا هویت عنصر دانسته‌ام.
- الکترون‌ها را در محاسبه عدد جرمی وارد کرده‌ام.
- برای ایزوتوپ‌های یک عنصر، تعداد نوترون را یکسان فرض کرده‌ام.
چک‌لیست محاسبه ذرات اتم و یون
پیش از نهایی‌کردن پاسخ، این موارد را یکی‌یکی کنترل کنید:
- عدد اتمی و عدد جرمی را در جای درست از صورت مسئله خوانده‌ام.
- تعداد پروتون را دقیقاً برابر عدد اتمی نوشته‌ام.
- تعداد نوترون را از تفاضل عدد جرمی و عدد اتمی به دست آورده‌ام.
- پیش از تعیین الکترون، خنثی یا یونی بودن ذره را مشخص کرده‌ام.
- در یون مثبت الکترون کمتر و در یون منفی الکترون بیشتر از پروتون است.
- جمع پروتون و نوترون با عدد جرمی برابر شده است.
- اختلاف پروتون و الکترون با بار نوشته‌شده برای ذره سازگار است.
جمع‌بندی
برای شمارش ذرات اتم، عدد اتمی را برابر تعداد پروتون بگیرید و تعداد نوترون را از تفاضل عدد جرمی و عدد اتمی پیدا کنید. در اتم خنثی، الکترون و پروتون برابرند؛ در یون مثبت الکترون کمتر و در یون منفی الکترون بیشتر است. کنترل جمع پروتون و نوترون و سپس تطبیق اختلاف پروتون و الکترون با بار ذره، پاسخ را کامل می‌کند. برای مرور تفاوت خود اتم با مولکول و روش خواندن فرمول‌ها، مقاله «اتم و مولکول در علوم هشتم» ادامه طبیعی این آموزش است.